第13講物質(zhì)的導電性和電阻（原卷版）

物質(zhì)的導電性和電阻【銜接導入】超導體超導體的發(fā)現(xiàn)與低溫研究密不可分。在18世紀，由于低溫技術的限制，人們認為存在不能被液化的“永久氣體”，如氫氣、氦氣等。1898年，英國物理學家杜瓦制得液氫。1908年，荷蘭萊頓大學萊頓低溫實驗室的卡末林·昂內(nèi)斯教授成功將最后一種“永久氣體”——氦氣液化，并通過降低液氦蒸汽壓的方法，獲得1.15~4.25K的低溫。

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低溫研究的突破，為超導體的發(fā)現(xiàn)奠定了基礎。在19世紀末20世紀初，對金屬的電阻在絕對零度附近的變化情況，有不同的說法。一種觀點認為純金屬的電阻應隨溫度的降低而降低，并在絕對零度時消失。另一種觀點，以威廉·湯姆遜（開爾文男爵）為代表，認為隨著溫度的降低，金屬的電阻在達到一極小值后，會由于電子凝聚到金屬原子上而變?yōu)闊o限大。1911年2月，掌握了液氦和低溫技術的卡末林·昂尼斯發(fā)現(xiàn)，在4.3K以下，鉑的電阻保持為一常數(shù)，而不是通過一極小值后再增大。因此卡末林·昂尼斯認為純鉑的電阻應在液氦溫度下消失。為了驗證這種猜想，卡末林·昂尼斯選擇了更容易提純的汞作為實驗對象。首先，卡末林·昂尼斯將汞冷卻到零下40℃，使汞凝固成線狀；然后利用液氦將溫度降低至4.2K附近，并在汞線兩端施加電壓；當溫度稍低于4.2K時，汞的電阻突然消失，表現(xiàn)出超導狀態(tài)【知識新授】物質(zhì)的導電性檢測物質(zhì)的導電能力可以通過電流表來判斷電路中電流的有無或大小可以通過用電器的工作情況來判斷電路中電流的有無或大小。1.導體和絕緣體容易導電的物體叫導體。常見的導體有：金屬、石墨、人體、大地以及酸、堿、鹽的水溶液。不容易導電的物體叫絕緣體。常見的絕緣體有：橡膠、玻璃、陶瓷、塑料、油等。導電能力介于導體與絕緣體之間的一類物質(zhì)叫做半導體。常見的半導體材料是硅和鍺。注：通?？捎冒雽w材料制成發(fā)光二極管。2.物質(zhì)的導電能力（1）導體容易導電的原因是導體內(nèi)有大量的自由電荷。金屬導電，靠的就是自由電子，酸、堿、鹽的水溶液是靠“離子”來導電的。半導體中只有少量的自由電荷。絕緣體不容易導電的原因是絕緣體內(nèi)幾乎沒有自由電荷，絕緣體中的電荷幾乎都被束縛在原子或分子的范圍內(nèi)，不能自由移動。（2）導體和絕緣體是相對的，并不存在絕對的界限。在一定條件下，如高溫、高壓或潮濕的環(huán)境下，絕緣體也可變?yōu)閷w，（如玻璃在高溫下溶化后會導電）。二．電阻1.定義：導體對電流的阻礙作用叫做電阻。電阻的單位為歐姆、下歐、兆歐等。導體的電阻足導體本身的種性質(zhì)。電阻用字母R表示。它的單位是歐姆，簡稱歐，符號是Ω。比歐姆大的單位是千歐（kΩ）和兆歐（MΩ）。單位換算：1兆歐（MΩ）=103千歐（kΩ）1千歐（kΩ）=103歐（Ω）2.物質(zhì)導電能力的影響因素【猜想】

影響導體電阻大小的因素可能有：1、長度2、粗細3、材料4、溫度……【實驗方法】控制變量法(1)、探究導體電阻與導線長度的關系:控制的不變量有粗細、材料、溫度。實驗結論：材料、粗細相同的導體，長度越大，電阻越大。(2)、研究導體的電阻與粗細的關系控制的不變量有材料、長度、溫度。實驗結論：材料、長度相同的同種導體，越細電阻越大。

(3)、探究導體電阻與材料的關系控制的不變量有長度、粗細、溫度。

實驗結論：長度、粗細相同的導體，電阻大小與材料有關。注：1.在同樣條件下，銀、銅材料的電阻很小，電木、橡膠材料的電阻很大。一般常用銅、鋁材料來做導線，電木、橡膠來做絕緣體。2.人體電阻的一般值是10002000歐。出汗時，人體的電阻值較??；干燥時，人體的電阻值較大。

3.超導體（1）超導現(xiàn)象：一些金屬或合金，當溫度降低到某一溫度時，電阻變?yōu)榱愕默F(xiàn)象。如水銀在269℃時，電阻會突然消失。（2）超導體：能夠發(fā)生超導現(xiàn)象的物質(zhì)叫做超導體。（3）超導體的應用：用超導技術可制造磁懸浮高速列車；用超導材料制成的導線在長途輸電時幾乎沒有電能損失；用超導材料制造電動機和變壓器，其內(nèi)部線圈不會發(fā)熱等。三．變阻器1.電阻器：生活、實驗中經(jīng)常使用的具有一定阻值的元件。符號是：2.滑動變阻器（1）原理：靠改變連入電路中的電阻線的有效長度來改變電阻。（2）使用方法：①要與控制電路串聯(lián)；②連入電路的兩個接線柱必須是“一上一下”；③為了保護電路，在電路接通前應把滑片移到使電路中的電阻最大的位置（滑動變阻器的最大電阻一定）；④通過滑動變阻器的電流不能超過其允許通過的最大電流。（3）作用：①改變電路中電流的大??；②改變用電器兩端的電壓；③保護電路。（4）銘牌認識：滑動變阻器的銘牌上標有的“50,1A”的意義：最大阻值為50，允許通過的最大電流為1A。3.其他變阻器，如變阻箱、旋鈕式變阻器、光敏電阻、壓敏電阻、熱敏電阻等。【例題分析】例1．如圖所示的電路中，當開關閉合后，在金屬絲A、B之間分別接入硬幣、鉛筆芯、橡皮、燒紅的玻璃和塑料尺，小燈泡都能發(fā)光的是（）A．接入硬幣和橡皮 B．接入塑料尺和鉛筆芯 C．接入燒紅的玻璃和鉛筆芯 D．接入硬幣和塑料尺例2．如圖用酒精燈對廢燈泡燈芯加熱一段時間后，演示電流計的示數(shù)變大，該實驗表明（）A．隨著溫度的升高，玻璃由絕緣體變成導體 B．室溫時玻璃為導體，常溫時玻璃為絕緣體，所以玻璃為半導體 C．通電時間越長，玻璃電阻越小，電流越大 D．以上說法都有道理例3．利用如圖所示的電路探究影響導體電阻大小的因素，演示板上固定有a、b、c、d四根合金絲，長度關系為La＝Lb=12Lc=12Ld，橫截面積關系為Sa＝Sb＝Sc=12Sd，其中a、c、d均為鎳鉻合金絲，A．選用a和b進行實驗，可以探究導體電阻跟導體材料的關系 B．選用c和d進行實驗，可以探究導體電阻跟導體長度的關系 C．選用a和c進行實驗，可以探究導體電阻跟橫截面積的關系 D．選用b和d進行實驗，可以探究導體電阻跟導體材料的關系例4．如圖是“研究電阻的大小與哪些因素有關”的實驗示教板，a為錳銅線，b、c、d為三根鎳鉻合金線。他們的長度、橫截面積的關系分別為：La＝Lb＝Lc＞Ld，Sa＝Sb＜Sc＝Sd，在實驗中要研究導體的電阻與長度的關系，應選擇（選填字母代號）；若選擇a、b，可研究導體的電阻與的關系。例5．滑動變阻器是通過來改變電阻的，如圖中，若要使滑片P向C端滑動時小燈泡變亮，應將滑動變阻器的接線柱或接在電路的M、N端。例6．圖甲是電動汽車“油門”示意圖，其實質(zhì)是變阻器。腳往下踩“油門”時，滑片可以繞O點在電阻圈上逆時針轉動。通過控制流經(jīng)電動機電流的大小來控制汽車速度。電動汽車速度與電流大小的關系如圖乙所示。（1）該“油門”是通過改變接入電路中電阻圈的來改變電阻的大小。（2）當腳踩“油門”時汽車速度加快，則電路中的a、b接點應當與變阻器中A、B、C三個接點中的哪兩個相連：。例7．在“探究影響導體電阻大小因素”的實驗中，小明設計了如圖1所示的電路。（1）在連接電路時發(fā)現(xiàn)還缺少一個元件，他應該在電路再接入的元件是。（2）驗證電阻大小與材料有關，應選取序號材料來做實驗。（3）使用2、4來做實驗，發(fā)現(xiàn)2接入時燈泡較亮，可以得到的實驗結論是。（4）使用2、3、4來做實驗，預計是接入號燈泡會最亮。例8．鉛筆芯的主要成分是石墨，軟硬程度不同的鉛筆其用途是不同的，例如作畫用6B軟鉛筆，寫字用軟硬適中的HB鉛筆，制圖用6H硬鉛筆。其鉛筆芯都是導體，小明猜想鉛筆芯的電阻大小可能與其軟硬程度有關，于是他選取了干電池、軟硬程度不同的鉛筆芯、小燈泡、開關、導線，設計實驗對以上問題進行探究。如果你參與小明的探究活動，你認為：（1）在圖中標出的制成鉛筆的幾種材料中，通常情況下屬于絕緣體的是、。（2）小明在選取軟硬程度不同的鉛筆芯的同時，應考慮他們的和是相同的。（3）在考慮以上因素的基礎上，若圖甲中鉛筆芯的硬度比圖乙中大，閉合開關后，小明觀察到甲圖燈泡較亮，可確定甲圖中鉛筆芯的電阻（選填“大”或“小”），說明鉛筆芯的電阻與軟硬程度（選填“有關”或“無關”）。（4）小華想借助電阻箱用“替代法”較準確的測出鉛筆芯的電阻。除了上述的器材和電阻箱外，他還選擇的器材是電流表，他的做法是：將電流表（選填“串聯(lián)”或“并聯(lián)”）在剛才的電路中，閉合開關讀出電流表的示數(shù)為I，然后用電阻箱代替鉛筆芯，調(diào)節(jié)電阻箱，，讀出電阻箱的阻值就等于鉛筆芯的電阻?！眷柟烫岣摺恳唬x擇題（共10小題）1．關于導體和絕緣體，下列說法正確的是（）A．絕緣體都不可能變成導體 B．金屬能夠?qū)щ娛且驗橛写罅磕軌蜃杂梢苿拥碾娮?C．能夠?qū)щ姷奈矬w叫導體，不能導電的物體叫絕緣體 D．絕緣體不易導電的原因是因為沒有自由移動的電子2．如圖所示，線路板上的三根合金絲長度相同，①和②粗細相同但比③細，小樂用該裝置探究影響導體電阻大小的因素。下列說法錯誤的是（）A．通過比較電燈亮暗來確定電阻大小，這種方法叫轉換法 B．探究電阻大小與導體材料是否有關，應選合金絲①和③ C．探究電阻大小與導體長度是否有關，選合金絲②即能完成 D．電路中再串聯(lián)一個電流表，可更準確地比較導體電阻大小3．影響導體電阻大小的因素主要有：①導體長度，②導體粗細、③導體材料。興趣小組同學選擇如圖裝置進行了探究實驗。其中黑點表示接線柱的位置。利用該裝置可探究的因素有（）A．只有①② B．只有②③ C．只有①③ D．①②③4．小明用如圖所示的器材探究“影響電阻大小的因素”。a、b是長度都為1m的鎳鉻合金絲（已除去表面絕緣漆），a的橫截面積小于b的橫截面積。關于此實驗，下列說法正確的是（）A．如果把鎳鉻合金絲換成導電能力非常好的銅絲或銀絲進行實驗，實驗效果會更好 B．利用此裝置只能探究導體電阻大小和橫截面積的關系 C．本實驗用燈泡的亮暗反應接入電阻大小，說明燈泡的亮暗會影響接入電阻的大小 D．為了準確比較兩條合金絲的電阻，可在電路中串聯(lián)一個電流表5．某實驗小組探究“影響導體電阻大小的因素”的實驗，將a、b、c、d四段導體分別接入電路，經(jīng)過測量得到如表所示數(shù)據(jù)，分析得出影響導體電阻大小因素的結論不正確的是（）實驗次數(shù)導體代號長度/m橫截面積/mm2材料電流/A1a0.50.4錳銅合金0.202b0.50.4鎳鉻合金0.163c0.50.2鎳鉻合金0.084d1.00.2鎳鉻合金0.04A．對比1、2，得出導體的電阻與材料有關 B．對比2、3，得出導體的電阻與橫截面積有關 C．對比3、4，得出導體的電阻與長度有關 D．對比1、4，得出導體的電阻與長度、橫截面積、材料都有關6．如圖所示是實驗室常用的一種滑動變阻器。關于該滑動變阻器的構造，下列說法正確的是（）A．金屬棒是絕緣體，瓷筒是導體 B．線圈是用電阻率較大的合金線制成 C．滑片與線圈之間是絕緣的 D．制成線圈的合金線所有表面都是絕緣的7．如圖是音響上音量調(diào)節(jié)裝置，其簡化電路如圖右，需在M、N間接入一個滑動變阻器，使滑片P向右移動時電流減小，音量降低。下列連接方式中可行的是（）A．M接A，N接B B．M接C，N接D C．M接A，N接D D．M接C，N接B8．如圖所示，甲為可調(diào)亮度臺燈，乙為電位器的結構圖，b與金屬滑片相連，轉動旋鈕可調(diào)節(jié)燈泡亮度。下列分析正確的是（）A．若只將a、c接入電路，轉動旋鈕燈泡亮度改變 B．若只將b、c接入電路，轉動旋鈕燈泡亮度不變 C．電位器是通過改變接入電路中電阻絲的長度來改變燈泡亮度 D．電位器是通過改變接入電路中電阻絲的橫截面積來改變燈泡亮度9．如圖所示的臺秤原理圖，電源電壓恒定，能滿足“物體質(zhì)量增大時，電壓表或電流表示數(shù)也增大”要求的是（）A． B． C． D．10．如圖所示，將兩個滑動變阻器串聯(lián)連入電路后，要使電路中的電流最小，則滑片P1和P2的位置應為（）A．P1、P2都移至最左端 B．P1、P2都移至最右端 C．P1移至最左端，P2移至最右端 D．P1移至最右端，P2移至最左端二．填空題（共2小題）11．常溫下的玻璃是良好的絕緣體，但玻璃在紅熱條件下會變成導體；常溫下的金屬是良好的導體，當溫度下降時，其電阻也會減少，當溫度降到某一溫度（臨界溫度）時，電阻消失﹣變?yōu)槌瑢w，R＝0Ω，不再消耗能量。如圖是兩個電阻隨溫度變化的曲線圖，表示玻璃的是，表示金屬的是。12．2n+1個阻值均為R的電阻通過導線首尾連成一圓環(huán)，相鄰的兩個電阻之間均可引出一接線柱，從而構成一變阻器，則利用該變阻器可獲得不同阻值的個數(shù)為個；最大阻值為。三．實驗探究題（共2小題）13．小金想探究導體長度對導體電阻大小的影響，現(xiàn)有器材：導線若干、橫截面積相同但長度不同的鎳鉻合金絲6根、歐姆表（歐姆表是直接測量電阻值的儀表，內(nèi)部由電源U、靈敏電流表G、滑動變阻器R0串聯(lián)而成），內(nèi)部結構如圖：（1）請幫小金畫出實驗電路圖（2）如表是小金在實驗時記錄的實驗數(shù)據(jù)，在答題紙的坐標系中畫出電阻隨長度變化的圖象：實驗序號123456L/m0.20.40.60.81.01.2R/Ω0.40.81.2162.02.4（3）通過分析，可以得出